复合加筋路堤边坡振动台模型试验

废旧轮胎、三向土工格栅等新型筋材用于岩土工程加筋,经济环保且力学性能优良.采用振动台模型试验,分别对未加筋边坡、三向土工格栅边坡、废旧轮胎串与三向土工格栅复合加筋边坡、轮胎串与轮胎碎片复合加筋边坡模型在地震作用下的动力响应性能进行了研究,探讨了边坡结构在不同地震波形输入、不同加速度峰值和不同加筋方式下,未加筋边坡与复合加筋边坡的加速度分布规律.试验结果表明:加筋方式对加筋抗震效果影响比较显著,同种加筋方式的加速度响应效果在不同地震波作用下规律相近;三向格栅、三向格栅与轮胎串复合加筋、轮胎串与轮胎碎片复合加筋在汶川波激励下,其加速度放大倍数较未加筋边坡相比,最大减小幅度分别为37.5%、30.0%、21.0%,前者加速度放大倍数减小幅度分别是后两者的1.4倍和2倍;不同加筋方式下,边坡的加速度放大倍数随地震激励水平的提高呈非线性增加,但与未加筋边坡相比,随输入加速度峰值增大而呈现明显的增幅递减趋势;各种加筋土边坡与未加筋边坡加速度放大倍数均沿坡面约1/3高程处随高度增加而逐渐增大,并在靠近边坡顶部位置达到最大值.迁安波产生的加速度响应明显强于其他3种地震波的激励.     

岩质边坡地震加速度放大效应研究

建立一个高70 m的二维数值计算模型,对岩质边坡坡面的加速度放大系数进行计算,并将数值计算结果与大型振动台试验和地震台站实测数据进行对比,对比发现三者得到的岩质边坡坡面加速度放大系数十分接近,再将本文得到的加速度放大系数与《建筑抗震设计规范》中的规定值进行对比。研究表明:高度和坡角对岩质边坡坡面的加速度放大系数具有较大的影响,随着相对高度的增加,岩质边坡坡面的加速度放大系数逐渐增大,水平向的加速度放大系数大于垂直向,岩质边坡坡面的加速度放大系数随边坡坡角的增大而增大,且坡脚对放大系数的影响程度随坡角增大而减小;《建筑抗震设计规范》规范的加速度放大系数规定值过于保守,尤其是对于垂直方向。研究成果对认识岩质边坡坡面加速度放大系数具有一定的指导意义。     

地震作用下土体变形破坏模式与机理

为探讨土体的地震变形效应,对都江堰—映秀公路全线挂网喷混凝土防护削方边坡和人工填筑路堤震害进行了调查分析,发现挂网喷混凝土防护边坡和路堤等具有侧向临空面的土体,其地震变形破坏表现为震陷和滑塌,而路肩墙工程由于墙体的侧向约束,填料的地震变形表现为震陷变形和下陷与隆起交错变形(即凹凸变形).震陷率和凹凸变形幅值均随地震烈度增大而增大,且均服从正态分布.上边坡震害受平面线型程度影响较大,位于直线段、凹曲线侧和凸曲线侧边坡的震害程度依次递增.经路堤(侧向临空模型)和层状填料(侧向约束模型)振动台模型试验验证,试验结果与现场调查一致,且揭示了土体由震陷向凹凸变形转化的峰值加速度阈值约为0.6g,可供评估路堤震害模式和确定修复措施参考.     

加筋格宾挡墙动力特性分析及设计要点

通过室内拉拔试验研究了格宾网筋土作用特性,利用振动台试验研究了加筋格宾挡墙的动力特性,分析了它在地震荷载下的破坏现象及其动土压力分布规律,并找出其在地震荷载下的最不利部位,提出了加强措施;利用Geo-Studio软件建立人工耦合有限元数值模拟模型,对比分析了振动台试验及相同尺寸的有限元数值模拟模型,研究加筋格宾挡墙的动...     

地震作用下特大型桥梁嵌岩桩基础动力响应

依托铺前大桥实体工程, 基于人工质量模型和桩-土惯性相互作用机理, 通过振动台模型试验, 选用叠层剪切式模型箱, 模拟了自由场在地震作用下的振动反应, 分析了0.15g ~0.60g (g为重力加速度) 地震动强度下大直径桥梁嵌岩桩基础加速度、相对位移、弯矩等响应特性和损伤情况等。研究结果表明: 桩基础加速度峰值从桩底至桩顶呈增大趋势, 加速度放大系数随地震动强度的增大逐渐减小, 输入地震波为0.55g 时, 桩顶加速度放大系数趋于稳定值1.34;桩顶加速度时程响应频率低于桩底加速度时程响应频率, 上部覆盖层对地震波的放大作用和滤波效应明显; 随着地震动强度的增大, 桩顶相对位移峰值近似呈线性增大, 在0.15g ~0.60g 地震动强度下, 桩顶相对位移峰值变化范围为1.97~6.73mm; 桩基础弯矩沿桩长呈“3”字形变化, 上部软硬土层分界处和基岩面附近弯矩达到峰值, 并随地震动强度的增大而增大, 地震动强度为0.50g 时达190.9kN·m, 超过桩身抗弯承载力; 桩基础基频随地震动强度的增大呈整体降低趋势, 在0.50g 地震动强度下, 其基频较0.35g 地震动强度下低50.1%, 桩基础产生损伤; 桩顶与承台连接处、上部覆盖软硬土层界面和基岩面附近桩身在地震作用下易产生裂缝, 桥梁桩基础抗震设计时应着重考虑。      

黄土边坡动力失稳的振动台试验研究

与傅里叶变换相比,小波包变换能够反映地震波的时域和频域局部化特性,因此,引入小波包分析方法进行地震动响应信号的分析.通过大型振动台试验研究了黄土边坡的动力失稳过程,分析了峰值加速度PGA及加速度放大系数AFA的放大效应,并利用MATLAB编程实现加速度信号的小波包变换.研究表明:PGA和AFA的放大效应与边坡的变形损伤累积息息相关;边坡动力失稳过程中起主要作用的是地震波的低频部分(0.1～12.51 Hz),而且随着边坡的损伤累积,第一频段(0.1～6.25 Hz)的能量占比E1和第二频段(6.26～12.51 Hz)的能量占比E2的高程规律会发生明显变化;研究结果表明,黄土边坡的地震失稳过程可以划分为弹性变形、塑性小变形和大变形失稳三个阶段.     

隧道振动台模型试验的相似关系

以嘎隆拉隧道振动台模型试验为例,在模型试验相似理论的基础上对隧道振动台试验相似关系进行了研究;用方程分析法和量纲分析法推导了模型试验相似准则,实现了模型试验几何条件、边界条件、荷载及材料的相似,将其应用于隧道振动台动力模型试验;建立了有限元模型,从加速度时程曲线、频谱特性、加速度放大系数、破坏现象等方面与试验进行了对比。结果表明,试验结果与计算结果比较相符,破坏现象和破坏部位基本相似,说明本次相似关系的拟定是合理的。     

三维实体边坡地震动力响应规律

为探讨边坡在地震作用下的加速度、速度和位移(简称三量)分布规律,基于拉格朗日差分法,建立了理想边坡的三维模型;通过引入三量放大系数的概念,绘制边坡三量等值线图,分析了坡面形态对边坡三量分布规律的影响,并通过实体边坡模型进行了验证.研究结果表明:在地震作用下,一定坡高的单一介质边坡,边坡内三量随坡高增大而增大,三量放大系数随之增大;三量的分布与坡面形态有关,在坡面凹凸部位三量放大系数最大,且凹凸程度越强烈,放大效应越明显;凸面坡的放大效应整体强于凹面坡.      

地震作用下锚杆支护边坡动力响应

为研究填土边坡锚杆的动力响应特征与失效模式,进行了锚杆格构支护土质边坡振动台模型试验,采用正弦激励,分别对边坡的加速度和锚杆的轴向应变进行了监测。分析结果表明:在同一振动频率下,锚杆轴向动应变幅值随加速度峰值的增大而增大;加速度峰值较小时,应变基本在固定正负值之间往复循环,边坡处于稳定状态;随着加速度峰值增大,锚杆的最大与最小应变不再稳定,但变化不是很大,边坡仍处于稳定状态;当加速度峰值达到破坏峰值时,锚杆轴向应变不再具有规律性,滑面处锚杆轴向应变突变最明显,滑体与稳定体之间发生明显的相对位移。加速度峰值较小时,中下层锚杆轴向应变较大,中层锚杆应变约为顶层锚杆应变的2倍;随着加速度峰值的增大,顶层锚杆轴向应变逐渐变大,主要由中上层锚杆承受荷载;当加速度峰值达到破坏峰值时,各层锚杆的动应变最大值急剧增大,中层锚杆应变变化幅度最大,振动过程中滑体与滑床之间出现明显分离,锚杆被拔出。可见,传统的边坡锚杆设计思想"强腰固脚"适合于地震设防烈度较小地区,对于设防烈度较大地区,锚杆设计时需适当增加上层锚杆和腰部锚杆的锚固长度。     

水域沉管隧道地震响应的影响因素分析

为分析隧道接头和上覆水对沉管隧道地震响应的影响，采用沉管隧道振动台试验和ADINA有限元软件模拟两种方法进行相关研究. 沉管隧道试验模型材料主要为微粒混凝土，模型缩尺比为1∶30，采用层叠剪切箱装填砂土构成场地，采用黏弹性人工边界和等效荷载输入方法对模型进行仿真分析. 研究结果表明:在同一深度土层，柔性接头沉管隧道的土层加速度放大系数小于刚性接头沉管隧道；当土层发生液化时，其加速度放大系数小于1；当沉管隧道接头剪切刚度（G）减小为0.10G和0.01G时，隧道截面剪应力减小20%和33%，截面轴应力峰值最大值减小16%和30%，截面剪应变峰值分别增加了60%和140%；上覆水使场地加速度放大系数变小，是由于水的存在加大了土层表面的阻尼；在P波作用下，上覆水水深从10 m增长到40 m时，沉管隧道截面剪应力峰值、轴向应力峰值和应变峰值最大值分别以3%～5%、30%～40%和12%～17%的幅度增加.      

分层土中单桩的沉降分析

提出了一种通过简单的矩阵运算求算分层土单桩的沉降和轴力的计算方法。桩周土可以任意分层,并且距刚性基底可以是有限深的。通过与大型灌注桩原型试验实测数据对比,说明本文方法计算工作荷载下单桩的沉降是简单而又比较准确的。     

边坡冲刷量的神经网络计算模型

在分析坡面冲刷过程与神经网络模型特点具有某些相似的基础上,选取降雨强度、径流量、坡度、土的粘性为输入量,以MATLAB为工具,通过试算法确定最佳的隐层节点数,建立网络模型。并通过验证试验,显示此模型具有较好的模拟预测效果。     

降雨作用下基覆型边坡失稳特征及承载力试验研究

为了研究降雨诱导基覆型边坡失稳特性，采用室内模型试验方法对基覆型边坡在暴雨作用下的失稳过程及机制进行了系统研究. 通过探讨降雨前后边坡内土体含水率和孔隙水压力在时间、空间上的变化特性，揭示降雨诱导的边坡失稳机制. 同时通过坡顶加载方法研究了雨后边坡承载力变化规律. 研究结果表明:随着降雨的发展，在坡脚处首先出现土体液化流动现象，随后出现土体局部脱落；随着降雨的持续进行，土体脱落破坏的范围逐渐增大，进而导致上方土体临空面加大，土体破坏后随即被雨水饱和软化而向下滑动，后方土体进一步被侵蚀，最终造成了一定深度和宽度的边坡破坏现象；边坡内土体含水率升高与孔隙水压力的增大是导致边坡失稳破坏的主要因素；降雨停止后，边坡可以承受的极限荷载先增大后减小，最后趋于稳定，而基覆型边坡在顶部静荷载作用下破坏模式呈现出整体和局部滑移模式.      

不同频谱特性地震动输入下的场地地震反应

对进行土-结构相互作用大比例模型试验的成层土场地,在获取各层土动力特性指标的基础上,土体采用等效线性模型,进行了不同加速度峰值和不同频谱特性地震动输入下的场地三维有限元地震反应分析,研究了场地土的地震放大效应和地基的滤波效应,为进一步研究土-结构相互作用奠定了基础.     

基于离心试验的边坡倾倒变形下弯折带演化特征

边坡倾倒变形过程中岩层弯折带的发育特征与演化规律是研究该类边坡变形破坏的地质过程与力学行为的关键. 为了揭示坡角变化对弯折带发育规律的影响,以澜沧江古水水电站坝前倾倒变形体为原型边坡,概化设计3组不同坡角的试验模型,通过离心模拟试验,尝试再现反倾层状岩质边坡倾倒变形的演化过程,分析边坡内部岩层弯折带的发育特征. 研究结果表明:边坡倾倒变形主要发生在倾倒折断基准面上方,基准面与层面法线的夹角位于12°～16°,该值不随坡角的改变而发生变化;边坡倾倒变形时,弯折带由坡脚开始以参差阶坎状的形式向坡顶延伸直至贯通,坡度陡的边坡会在一级弯折带上方的已倾倒岩体中产生新的次级弯折带,边坡倾倒折断模式由单级折断逐渐转为多级折断;弯折带孕育过程可概化为3个阶段:岩层弯曲变形、坡脚破裂-弯折带向坡顶延伸、弯折带贯通-坡体临界失稳;坡角变化对边坡倾倒变形发育特征有较大影响,随着坡角的增加,边坡倾倒变形范围扩大,程度加剧.      

基于Chow模型计算桩基础沉降

Randolph的近似解析解可计算线弹性土体，且土的剪切模量随深度不变或者线性增加条件下的桩基础沉降。Chow（1986）在此基础之上，结合荷载传递法，建立了一种层状模型，可用于计算任意分层土条件下单桩以及群桩的沉降，并将计算分析扩展至土体的非线性。基于该模型在均质线弹性土体条件可计算出两桩的相互作用系数，将其与严格意义上的弹性理论法进行对比，可得出在一般条件下应用Chow模型计算桩基础沉降的精度能够得到保证的结论。     

膨胀土中加筋拉拔试验的影响因素分析

拉拔试验是研究筋、土界面相互作用的一种重要手段.然而,目前的试验设备与方法还无统一标准,测试结果常受到多种因素的影响.为弄清各主要因素的影响程度并提出合适的试验条件,以北京市西六环3种膨胀岩（土）为对象,采用长沙理工大学自主研究开发、先进的CS-LB01大型数控拉拔试验系统,通过改变上覆压力、填料含水率、拉拔速度、固结时间及加筋格栅类型等条件开展了系统拉拔试验,分析测试结果后得到各因素的影响及其规律.在此基础上,针对膨胀土堑坡实施土工格栅柔性支护特点,提出拉拔试验确定筋、土界面摩擦阻力的合适试验条件.     

降雨对绿化边坡客土稳定性的影响

通过建立降雨条件下边坡客土的破坏模型，研究了边坡绿化过程中降雨对边坡客土稳定性的影响，分析表明，边坡客土的稳定性与降雨特征、边坡坡度、坡面特征、土体特性及土体厚度有较大关系．对于坡度较大的边坡，客土厚度不宜过大，以保持土体的稳定．     

彭湖高速公路高填路堤稳定性敏感分析

以彭湖高速公路K26+150高填路堤为研究对象,通过对现场调研并采样开展室内土的物理性质试验、击实实验和直剪试验。在不同压实度情况下取得粘聚力c、内摩擦角φ值的基础上,采用极限平衡法分析不同粘聚力c、内摩擦角φ、容重γ、坡高H和坡比m情况下高路堤的稳定性,并探讨了各种强度参数与边坡稳定性的敏感性关系。初步表明内摩擦角φ和坡比m对路堤边坡稳定性影响更为敏感。     

水平成层场地动力特性研究

为了探究地震波作用下水平成层场地的动力响应特征,设计并开展了水平成层场地的大型振动台模型试验,并基于希尔伯特-黄变换对水平成层场地在时域和频域的响应进行了研究.研究结果表明:地震波在水平成层场地内自下而上传播过程中被放大,场地表层碎石土层对地震波的放大效应强于下覆软岩层和硬岩层,碎石土层加速度放大系数达到5.94;地震波从硬岩层传入软岩层时,高频成分（27~40 Hz）被吸收,低频成分（0~22 Hz）被放大,地震波从软岩层传入碎石土层时,7~27 Hz频段进一步被放大,同时,碎石土层内的地震波表现出双卓越周期特性;反应谱峰值随着输入地震波幅值的增大而增大;软岩地层在反应谱周期T0.3 s部分表现出衰减效应,在周期T0.3 s 部分,自下而上3个地层的反应谱表现出放大效应;碎石土层/软岩层分界面对地震波能量具有一定的聚集和放大作用;软岩层/硬岩层分界面对地震波的能量仅仅表现为聚集作用;在碎石土层内,地震波的能量被放大,Hilbert能量谱由单峰发展为三峰,峰值在时间轴上向坐标轴正方向发散,在频率轴上由低频向高频移动.